Open Access

Joachim Rathmann

• Das Hauptziel der vorliegenden Studie war es, die Klimadynamik im Zeitraum von 1901 bis 2003 im südhemisphärischen Afrika zu beschreiben und zu erklären. Die verfügbare Datenbasis besteht aus global vorliegenden monatlichen Gitterfelddaten für Temperatur, Niederschlag, den bodennahen Luftdruck (SLP) und die Meeresoberflächentemperatur (SST). Zunächst ermöglichte die Berechnung von Klimatrends für einheitliche 30-jährige Zeiträume (1901-1930, 1931-1960, 1961-1990, 1974-2003) sowie für den gesamten 103-jährigen Untersuchungszeitraum Einblicke in die zeitliche Entwicklung ausgesuchter Klimaelemente. Maximale Erwärmungsraten zeigen sich in den Trendkarten für den zentralen Raum des südlichen Afrikas. Die hohe Variabilität des Niederschlages erschwert es, signifikante langfristige Trends aufzuweisen. Langzeitliche Trends in den SSTs fallen sehr deutlich aus. Insbesondere für die mittleren und hohen südlichen Breiten wurde eine hochsignifikante Erwärmung berechnet. Die Entwicklung derDas Hauptziel der vorliegenden Studie war es, die Klimadynamik im Zeitraum von 1901 bis 2003 im südhemisphärischen Afrika zu beschreiben und zu erklären. Die verfügbare Datenbasis besteht aus global vorliegenden monatlichen Gitterfelddaten für Temperatur, Niederschlag, den bodennahen Luftdruck (SLP) und die Meeresoberflächentemperatur (SST). Zunächst ermöglichte die Berechnung von Klimatrends für einheitliche 30-jährige Zeiträume (1901-1930, 1931-1960, 1961-1990, 1974-2003) sowie für den gesamten 103-jährigen Untersuchungszeitraum Einblicke in die zeitliche Entwicklung ausgesuchter Klimaelemente. Maximale Erwärmungsraten zeigen sich in den Trendkarten für den zentralen Raum des südlichen Afrikas. Die hohe Variabilität des Niederschlages erschwert es, signifikante langfristige Trends aufzuweisen. Langzeitliche Trends in den SSTs fallen sehr deutlich aus. Insbesondere für die mittleren und hohen südlichen Breiten wurde eine hochsignifikante Erwärmung berechnet. Die Entwicklung der Luftdruckverhältnisse verdeutlicht eine nennenswerte Erhöhung des bodennahen Luftdrucks im Bereich des St. Helena Hochs und des Maskarenenhochs. Die zirkulationsdynamischen Randbedingungen, welche die beobachteten Klimatrends bewirken, wurden mit t-modalen Hauptkomponentenanalysen (PCAs) aller zur Verfügung stehender Klimaelemente näher analysiert. Ein weiterer Analyseschritt liegt in einer Datenverdichtung, welche mittels s-modaler PCAs durchgeführt werden konnte. Gleichzeitig lässt sich dabei eine Regionalisierung der betrachteten Klimaelemente erzielen. Eine inhaltliche Erweiterung erfolgte durch die Differenzierung in interne und externe Einflussfaktoren auf das Klima im Untersuchungsraum. Erstere beschreiben Einflüsse der SST-Variabilität auf den Niederschlag. Zur Untersuchung solcher Zusammenhänge wurden Kanonische Korrelationsanalysen berechnet. Dabei wurden auch Kopplungen mit den hohen südlichen Breiten, v.a. mit der Antarktischen Oszillation, dargestellt. Im Indischen Ozean sind zonale Dipolmuster der SSTs an anomal hohe Niederschläge in Ostafrika gekoppelt. Auch hier konnte die vorliegende Arbeit bisherige Befunde in einer zeitlich erheblich erweiterten Untersuchungsperiode diskutieren. SST-Anomalien im Bereich des Benguelastromes lassen sich mit der Niederschlagsvariabilität im Südwesten des Untersuchungsraumes in Zusammenhang bringen. Dabei konnten Benguela Niños, Warmwasserereignisse im Benguelastrom, ausführlich beschrieben und erstmals in ihrer langzeitlichen Entwicklung dargestellt werden. Eine substanzielle Erweiterung im Verständnis des Klimasystems im südhemisphärischen Afrika erbrachten die Untersuchungen bezüglich der solar-klimatischen Kopplungen. Methodisch wurden, ausgehend von Korrelations- und Kompositenanalysen, Zeitreihenanalysen durchgeführt. Dabei kamen Autokorrelations-, spektrale Varianz- und Waveletanalysen zur Anwendung. Es konnte herausgearbeitet werden, dass sich solare Signale, vermittelt über die atmosphärische Zirkulation, nicht flächendeckend sondern vielmehr in ganz spezifischen Regionen niederschlagen. Die Einflüsse von starken Vulkanausbrüchen auf das Klima des Untersuchungsraumes sind relativ gering, trotzdem konnten mit Kompositen- und Hauptkomponentenanalysen gewisse Änderungen in einzelnen Klimaelementen aufgezeigt werden.…
• The aim of this study was to describe and explain climate variability from 1901 to 2003 in southern hemisphere Africa. The data, used in this study, are monthly global grid data for temperature, precipitation, sea level pressure (SLP) and sea surface temperatures (SST). The analyses of climate trends, based on linear regressions, were performed for several 30-year periods (1901-1930, 1931-1960, 1961-1990, 1974-2003) as well as for the whole 103-year period for different climate elements. Maximum warming could be shown for central southern Africa. Significant precipitation trends are difficult to track, due to the high precipitation variability. Highly significant long-term SST-trends reach highest values in the mid- to higher southern latitudes. According to the SLP-data, trend analyses show remarkable positive trends in the southern realm of the subtropical high-pressure systems. Monthly t-mode Principal Component Analyses (PCA) for all available data sets have been applied in orderThe aim of this study was to describe and explain climate variability from 1901 to 2003 in southern hemisphere Africa. The data, used in this study, are monthly global grid data for temperature, precipitation, sea level pressure (SLP) and sea surface temperatures (SST). The analyses of climate trends, based on linear regressions, were performed for several 30-year periods (1901-1930, 1931-1960, 1961-1990, 1974-2003) as well as for the whole 103-year period for different climate elements. Maximum warming could be shown for central southern Africa. Significant precipitation trends are difficult to track, due to the high precipitation variability. Highly significant long-term SST-trends reach highest values in the mid- to higher southern latitudes. According to the SLP-data, trend analyses show remarkable positive trends in the southern realm of the subtropical high-pressure systems. Monthly t-mode Principal Component Analyses (PCA) for all available data sets have been applied in order to investigate the atmospheric boundary conditions, which cause these climate trend patterns. The results of the t-mode PCAs confirm an intensified circulation in the subtropical regions, which is reflected by enforced subtropical high pressure-systems. S-mode PCAs have been performed in order to reduce the number of variables for further analyses; additionally these results could be used for a climate regionalization. Climate forcing mechanisms have been separated into internal and external ones. The former are addressed by couplings of the Indian Ocean and Atlantic Ocean SST-variability with southern African precipitation. Methodically Canonical Correlation Analyses have been calculated. By application of this method, couplings with the high southern latitudes, mainly the Antarctic Oscillation, could be established. A zonal dipole-pattern within the Indian Ocean SSTs is related to anomaly high precipitation values in East Africa. The present study discusses previous results on a considerable longer time-scale. SST-anomalies within the Benguela Current are related to the precipitation variability in the south-western part of the study domain. Thereby Benguela Niños, warm water events in the Benguela Current, could be described in detail and presented for the first time in a long-term outlook. Analyses on solar-climate relations brought a substantial supplement in the understanding of the southern hemisphere climate system. Based on simple correlations- and composite analyses, further time series analyses have been performed. For this purpose, autocorrelation-, spectrum- and wavelet analyses have been applied. It could be demonstrated, that solar signals, mediated by atmospheric circulation, are reflected on specific regions and not area-wide. The influences of strong volcanism on the climate of the study domain are relatively weak, although composite- and PC-analyses could show a weak signal.…